地源热用于区域能源:利用地球来脱碳加热

由凯瑟琳罗伊|2021年5月12日

当全世界都在关注通过电动汽车市场减少碳排放和寻找电力生产的可再生替代品时,温室气体(GHGs)的一个贡献者被忽视了:建筑。以履行《公约》下的承诺巴黎协定美国、加拿大和世界其他国家需要同等重视减少所有排放来源。

来自企业和家庭的温室气体排放主要是由燃烧化石燃料取暖引起的。如图1所示,建筑排放是加拿大第三大排放源。由于人口分散和季节性温度波动,加拿大人倾向于使用更多的能源来取暖和制冷。

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图1:按经济部门分列的加拿大排放量1

在加拿大,83%的能源消耗用于家庭空间和水的供暖/制冷。图2显示了一个加拿大家庭能源消耗的主要来源。建筑的能源使用是全球第三大排放源,约占全球温室气体排放总量的18%,其中一半可归因于供暖和制冷。因此,向低碳未来的过渡在很大程度上取决于供暖和制冷所需的能源消耗的脱碳。

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图2:加拿大住宅能源使用2

地源加热——包括可用于加热和冷却的储存太阳能——能够取代目前正在使用的化石燃料。虽然一些批评人士认为,由于地热活动较少,加拿大并不适合地热系统,但当涉及到直接利用热量时,地热资源不需要那么热。储存在地下4米深的太阳能足以为建筑物供暖。

地源热泵(GSHPs)利用地面、地下水或地表水作为热源和热源。地源热泵系统可以通过称为地回路的热交换系统从地面吸收或拒绝热量。通过热泵,室内空气与流经地面回路的流体进行热量交换。虽然地热能源不能被认为是100%的清洁能源(热泵可能使用由化石燃料产生的电力),热泵减少了碳排放,因为不涉及燃烧和烟气排放。因此,用于区域供热的地源热泵是供热部门脱碳和减少对化石燃料依赖的关键技术。

在世界各地的集中供热方面,欧洲、俄罗斯和中国走在了前面。地热资源已用于区域供热应用多年,欧洲目前在这一市场上处于领先地位。欧洲有5000多个集中供热网络,主要位于西欧和中欧以及斯堪的纳维亚半岛。在5000个国家中,只有大约280个国家使用地热能。在所有欧洲国家中,冰岛是迄今为止产生来自地热资源的地区热量最多的国家,其次是法国、德国和匈牙利。雷克雅未克拥有世界上最大、最先进的地热区域供热系统,自1930年以来就使用天然热水为城市的建筑和住宅供暖。冰岛政府通过提供大量贷款和赠款发挥了关键作用。

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图3:集中供热的主要用户3.

在加拿大,Mattamy Homes和Enwave能源公司在安大略省的马卡姆建造了一个由300户居民组成的社区,这是加拿大同类社区中最大的一个。该社区将使用地区地热系统来供热、制冷和提供家庭热水。哈奇担任地源热泵系统的技术顾问,该项目于2020年进入详细设计阶段。为了支持这一倡议,大气基金在两年内向马卡姆市提供了超过22.5万美元的赠款,用于研究、协调和设计以地区地热系统为基础的净零社区的初步概念。Hatch可以协助进行可行性研究、规划、工程,并为那些希望在区域供热应用中利用地热能的人建立一个商业案例。

虽然地热能作为一种资源是免费的,但使用它的前期成本很高。对于单个家庭或建筑来说,安装地源热泵系统通常是非常昂贵的。然而,当这些系统通过服务于多个现有家庭或社区而应用于集中供热应用时,其规模经济使其能够获得更经济、更广泛的使用。另一个好处是,这些系统的部分管道可以水平埋入地下,而不是垂直埋入地下,这可以进一步降低成本,因为垂直钻井成本很高。最终,从长远来看,节省的能源和维护费用抵消了前期费用。

如果在新开发项目中提前做好充分规划,将这些系统整合到设计中,那么利用地源热为客户提供供暖和制冷是可能的,政府实施了支持性政策,如果拨款可以帮助推进地热社区能源系统。

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引用:

1加拿大政府,《温室气体来源和汇:2020年执行摘要》,

2加拿大政府,加拿大自然资源部,“住宅部门的能源使用”,2021年,

2Werner, S,“区域供热和制冷的国际评论”,能源,第137卷,2017年10月15日,第617-631页,检索自Science Direct, 2020年,